浅谈组态技术下PLC实验仿真系统开发.pdf

与开发 D OI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 2 ． 0 6 ． 0 2 0 浅谈组态技术下P L C实验仿真系统开发 黄 巧荣 邕江大学 ， 广西 南宁 5 3 0 2 0 0 摘要针对基于P L C 的控制系统设计进行了分析研究 ， 将组态应用到P L C实验中，通过计算机控制P L C ，不仅可以模拟二 r 业现 场 ，而且可以丰富实验 内容 ，达到理论联 系实 际的 目的 ，进而提 出了一些具体 的设计方 法和应注意的问题 。 关键词 组 态技术 ；P L C 控 制 ；仿真 中图分类号 i T P I 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 2 0 60 0 7 20 3 Ex p e r i me n t a l S i mu l a t i o n Te c h n o l o g y PLC S y s t e m De v e l o p me n t Ba s e d o n C0 nf i g ur a t i 0 n H U A NG Q i a o r o n g Y o n g j i a n g U n i v e r s i t y ，N a n n i n g 5 3 0 2 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n P LC c o n t r o l s y s t e m d e s i g n， t h e p a p e r a p p l i e d t h e c o n fig u r a t i o n o n P LC e x p e r i me n t s ， b y u s i n g t h e c o mp u t e r t o c o n t r o l PL C， i t n o t o n l y s i mu l a t e s t h e i n d u s t r i a l f i e l d， b u t a l s o e n r i c h e s e x p e r i me n t c o n t e n t ， a c h i e v e s t h e p u r p o s e o f ／ i n k t he t he o r y wi t h p r a c t i c e， a n d p u t s f o r wa r d s o me c o n c r e t e de s i g n me t h o d a n d p r o b l e ms s h o u l d b e p a i d a t t e n t i o n t o． K e y wo r ds c o n fi g u r a t i o n；PL C； s i mu l a t i o n 可编程控制器 ，简称 P C或 P L C ，在控制领域 中应用颇为广泛。 自2 0 世纪 7 0 年代 以来 ，已发展 成一种现代化 的新型控制设备 。在一些跨 国企业 中广为应用 ，如 日本 的东芝 和德 国的西 门子 等。 目前 ，许 多机构开设 了 P L C控制技术课程 。P L C 实验仿 真 系统是 一个 有趣 的 、实用性 较强 的课 程。因此 ，有必要建立可编程序控制器 P L c 训 练 房 ，进行 P L C实验教学 。开放的 P L C实验需要 解 决 的关键 问题是可编程序控 制器 P L C 控 制对 象 。P L C控制对 象可 以是物理模 型 ，其成本 高 ， 很难维护 ，种类 缺乏 ；也可 以是使用指标模型表 明实验箱 的 P L C控制对象 ，它的成本低于物理模 型，但也存在着难以维持，种类少 ，结果观察不 直观 的缺 点 。应用 组 态软件 在 电脑屏幕 上模 拟 P L C控制对象可 以弥补以上不足 ，它还能以动画 形式的演示 P L C 控制对象工作流程 ，其成本较低 ， 免维 护 ，灵活 ，形象直观 ～ I 。从 教学 意义上看 ， 如果可 以用计算机模拟控制对象 ，不仅能克服物 理模型的种种不利 因素 ，并 能利用有 限的设备及 多样化 的项 目丰富学生 的实验内容 ，可编程序控 制器 P L C 加 强实验的教学效果 。在组 态技术 下 的P L C实验仿真 系统具有可靠性 高 、通信快速 高效 、界面友好 等优势 ，可 以用来开发实验 室模 拟P L C控制对象 ，满足了开放实验课程 的需要 。 1 组态技术 组态技术是在工业 自动化领域兴起 的一个新 的开发管理技术 ，开发人员通 常不需要详细的说 明和代码 ，用工具配置软件包 ，通过硬件配置 硬 件配置 、数据结构 、图形结构等等 ，可以完成需 要应用软件的开发工作 。它有一个简单 的二次开 发，具有开发周期短、通用性强 、可靠性高等优 点 。MC G S 组态 软件 主要控制T程装 备窗 口，实 时数据库和经营策略等五个要素 ，其中每一部分 分别配置完全不同的控制 。主控制控制主动窗 口 或工 程主要 的构架 ，而设备用 于连接外部设 备 。 实时数 据库 是项 目各 部分 的数据 交换 和加 工 中 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 1 8 r ■ _r _ r _ ] l 0 l 7 2 l l 噼 与 心 ，它将 MC G S 组态工程各部分连接成一个有机 的整体 ，能够完成 MC G S 组态数据采集 、实时和 历史数据处理 、报警和安全机制 、流程控制 、动 画显示 、曲线和报表输出等功能。 基于组态软件仿 真系统 的原理 ，在 内部可编 程序控制器 P L C 的状态与组态软件 的数据库数据 连接和数据与计算机接 口图形对象链接 。由于 P L C控制系统的输 出控制 ，就是通过输 出继电器 输出模块 驱动 l ， 和外部执行机构反馈信号 、控制 信号 ，在 P L C输 出模块 的状况和输 出信号通过通 信线路和组态软件只在数据库 中数据交换 。这些 数 据 和屏幕 界 面 的 图形 对象 是联 系在一起 的 ，当P L C输 出继 电器的数据改变 ，那么相应的 图形对象发生变化 ，生成所需 的模拟实际对象的 行动的仿真结果。与此同时，P L C 输入字母数字 将与数据库数据相关 ，通过对屏幕 图形对象的 鼠 标操作 ，组态软件 的内部变量或事件触发而改变 链路数据 ，然后改变输入信号。 2组态技术下 系统的结构和工作原理 2 ． 1系统结构 组 态 技术 下 P L C实验 仿真 系统 结构 如 图 1 。 从 图中可 以看 出 ，上位机控制 系统装有组态技术 软件和 P L C自动控制软件 ，在下位机中利用可编 程控制器和组态技术 ，开发运行实验项 目，通过 计算机 鼠标在界面上点击 图标 ，进行系统的仿真。 2 - 2 工 作原 理 由于 P L C控制 系统输 出控制是通过输 出继 电 器输 出模块驱动和外部驱动器驱动 。外面控制信 号和反馈信号通过 P L C输入 ，在 P L C输 出模块输 出。继 电器信号通过通信线路和组态软件交换数 据库中的数据 。当P L C输 出继电器更改数据库数 据值 时 ，那么相应的图形对象的变化需要仿真模 拟出结果 。与此同时 ，通过对屏幕图形对象 的鼠 标进行点击操作 ，或者在组态软件的内部连接数 据库 ，然后改变输人信号 ，也可控制可编程序控 制器和数据库。组态软件仿真对象不仅能接受许 多 由P L C自动控制得出的数字 、模拟、控制信 号 ，也可 以去 P L C反馈数字 、模 拟 、各种信 号 ， 及各种 状态 的可编程序控制器 P L C 为数据交 换 ，它反映 了P L C的操作 和控制对象之问的关 系 作用结果。 罔1 系统的结构图 2 ． 3系统的实现 结合组态技术 ，利用 P L C自动控制 。控制对 象不仅可以接受各种由P L C 控制信号，也可以根 据该算法的程序动画 、 数字 、文字等形式在计算 机屏幕上反映 P L C控制过程及成果 ，可 以直接从 屏幕上观察 P L C控制结果正确与否 。例如逻辑开 关控制信号，继电器切换的信号，中断信号和位 置信号等。驱动模拟方法模拟 P L C控制对象 的优 点是周期短 、成本低 、可靠性高 ．可以节省 电力 资源 、低维护要求 ，不危及人身和设备安全 。采 用 P L C控制 ，在电脑屏幕程序执行可视化仿真动 画形式 ，最终提高教学质量 。 3 P L C控制设计 3 ． 1 输入端外 电路设计 P L C 输入端是用来接收外部设备发来信号的 接 口，见图2 。需要指出是 ，P L C控制线 圈应该与 相应的 P L C自动控制输入 端相连 ，在结合动合和 动断触点在组态系统下供 P L C编程时使用。 r 1 1 rt ] l f 7 3 l。 f 图2 输入端设计图 与开发 3 - 2 输出端外电路设计 可 编程序控制器 P L C 通 常有三个开关量 输 出类 型 继电器输 出 ，晶体 管和 晶闸管输 出 。 频繁的行 动控 制系统一般选用晶体管输 出、晶体 管输 出仅适用于负载电路 系统 D C 2 4 V时 ，电源和 控制系统常用的是继 电器类型的输 出。软件许可 电器输 出信号 ，将信号发送到承载的接 口 如图 3 所示 ，为编程时使用。 图 3输 出端设 计图 3 ． 3 感性负载 在 P L C自动控制 中，浪涌电流一般 为正常工 作 电流的4 到 7 倍 。当感性负载电流较小 ，最大电 流额定电流不超过 P L C限定额 时 ，P L C可 以直接 连 接负载 ，若负载 电流越大 ，需要使用中间继 电 器 。虽然 T MS 3 2 0 C 5 4 0 9可用 C直 接编程 ，但是 C 编译器得 到的代码远远不能达到实时 的要求 。所 以还需要 对 C源程序进 行手工汇编 并加 以优化 。 但是主函数以及用来存储编码信息的结构体依然 用c 语言来实现，这样可以使整个程序的框架比 较 清 晰 。 3 ． 4建立数据库 数据库是 “ 组态王”的核心部分 的软件 ，而 实验项 目的动画形式是反映在屏幕上 ，操作者在 电脑前 ，指示可编程序控制器 P L C 进行实验。这 一 切都是以实时数据库为中介环节。在微机上开 始配置一个开发应用，建立一个 “ 液体混合仿真 的控制 ”的新项 目，在实 时数据库的液体混合控 制系统根据输人和输出信号建立相应的变量的数 目，并为每个变量赋上一个名字 ，确定相应的链 接 只 要 I ／ O变 量在 前 面 的外 部链 接来 定 义设 备 ，他 们可 以和组态 软件 的仿真 系统 的数 据交 换 ，为真实地模拟液体混合提供合适的控制过程。 3 ． 5 创建仿真界面 仿真实验验证 了仿真对象的图形界 面结构 和 被控过程 ，图片代表互相关联 的静态或动态 图形 对象 ，它 以图形对象的变化改变或运动过程反 映 了P L C程序 的运行结果 。在 图形对象和数据库 中 的数据变量之 间建立一种中问过渡装置 ，当变量 变化 ，在画图形对象 的动画效果则相应改变 ，或 者通过图形对象变化数据变量。通过设计控制模 仿真正的合作对象动画脚本可编程序控制器 P L C 1 控制 ，以实现设备 的有效控制。 4结论 基于组态技术的 P L C实验仿真控制 系统 ，具 有功能完善 、体积小 、扩展灵活等特点。在 系统 设计 、硬件组成和控制 系统软件方面进行 了综合 分析 ，充分考虑相关 问题 的优化设计 ，从设计安 全 、经济控制两方面进行设计 。 参考文献 [ 1 ]黄净． 电器及P L C控制技术 [ M]． 北京机械工业出 版社 ．2 0 0 8 ． [ 2 ]T e x a s I n s t r u me n t s ．T MS 3 2 0 C 5 4 x D S P R e f e r e n c e s e t ，V o 1 ． u m e 2[ M]． Mn e mo n i c I n s t r u c t i o n S e t ，1 9 9 9 ． [ 3 ]姚宏 亮，姚光顺． P L C应 用及使 用中应注意的 问题 [ J ]． 安徽 电子信息职业技 术学院学报 ，2 0 0 6 2 7 4- 76． [ 4 ]周 建清． P L C应用技 术 [ M]． 北京 机械工业 出版 社 ．2 0 0 7 ． 作者简 介 黄巧荣 ，女 ，1 9 7 1 年生 ，广西 南宁 人 ，大 学 本科，实验师。研究领域 电工技术。 编辑 向飞 ， 可 _ _ _ ，_ _ - ] l＼ 薹 谚 ≯ ＼ 1 4 ＼ 誓 | ＼